第四讲静动态应变测量

1、第四讲第四讲 应变测量技术应变测量技术一一. 电阻应变仪电阻应变仪1. 静态应变仪静态应变仪2. 静动态应变仪静动态应变仪早期的早期的YJ-5 , 数字式数字式YJ-25,26,29早期的早期的YJD-1 , 数字式数字式YJD-273. 动态应变仪动态应变仪国产国产YD-21,28 , 适用频率适用频率1000-5000Hz以下以下国外超动态应变仪频响可达国外超动态应变仪频响可达 200 kHz 4. 应变仪工作原理应变仪工作原理载波振荡器载波振荡器载波放大器检波滤波器载波放大器检波滤波器记录指示器记录指示器ABCD1234测量桥测量桥读数桥读数桥5. 数字应变仪数字应变仪应变应变信号信号测

2、量电桥测量电桥放大器放大器检波器检波器滤波器滤波器A/D转换转换数字显示数字显示6. 应变测量系统及数据采集系统应变测量系统及数据采集系统二二. 静态应变测量静态应变测量1. 测量步骤：测量步骤：1. 确定布片方案确定布片方案： (取决于测量目的及力学分析取决于测量目的及力学分析)原则：原则：在保证测量要求的前提下，布片越少越好，在保证测量要求的前提下，布片越少越好， 方案越简单越好。方案越简单越好。通常：测应力分布，沿某方向或截面连续布片。通常：测应力分布，沿某方向或截面连续布片。测应力集中，应局部密集连续布片。测应力集中，应局部密集连续布片。校核强度，则选若干个危险点布片。校核强度，则选若

3、干个危险点布片。2. 选择应变片和测量仪器：选择应变片和测量仪器：a.由测量要求和环境选应变片由测量要求和环境选应变片:尺寸尺寸,材料材料,梯度梯度,精度精度.b.由精度要求和测点数及速度选仪器由精度要求和测点数及速度选仪器. 三荣三荣7V073. 贴片、布线、防护及检查。贴片、布线、防护及检查。4. 加载测量。加载测量。5. 分析处理数据分析处理数据, 撰写报告撰写报告(原始数据、处理结果、原始数据、处理结果、 精度分析、测试结论等精度分析、测试结论等)。2. 贴片方位和应力应变换算：贴片方位和应力应变换算：测点贴片数目和方位，由该点应力状态来确定。测点贴片数目和方位，由该点应力状态来确定。

4、1. 单向应力状态：单向应力状态：沿应力方向贴单轴应变计，由沿应力方向贴单轴应变计，由 = E 求应力。求应力。2. 主方向已知的二向应力状态：主方向已知的二向应力状态：沿主方向贴双轴应变计，测得主应变沿主方向贴双轴应变计，测得主应变 1、 2 后，后，由广义胡克定律求主应力：由广义胡克定律求主应力： 1 = E ( 1+ 2 ) / ( 1- 2 ) (6.3a) 2 = E ( 2+ 1 ) / ( 1- 2 ) (6.3b) 3. 主方向未知的二向应力状态：主方向未知的二向应力状态：一测点应变有三个未知数一测点应变有三个未知数: x , y , xy , 须沿三个方须沿三个方向贴三轴应变

5、计向贴三轴应变计,得三个方程得三个方程,解出解出 x , y , xy , 再求再求主应变主应变 1 , 2和主方向和主方向,再求主应力再求主应力 1, 2和主方向。和主方向。为简化计算和便于制造，三轴取特殊角：为简化计算和便于制造，三轴取特殊角：直角直角45 应变花应变花60 应变花应变花例：例：试导出三轴试导出三轴45 应变花应变花 的主应力计算公式。的主应力计算公式。0 45 90 解：解：由任意角的应变公式得：由任意角的应变公式得： x = 0 ， y = 90 ， 45 = ( 0+ 90) / 2 + xy / 2 xy = 2 45 - 0- 90代入主应变公式求出代入主应变公式

6、求出 1, 2 , 再代入再代入(6.3)式可得式可得: 1,2=E( 0+ 90)/(1- )( 0- 90)2+(2 45- 0- 90)2/(1+ )/2 思考：思考：试导出右图所示三轴应变花试导出右图所示三轴应变花 的主应力计算公式。的主应力计算公式。0 45 - 45 三三. 动态应变测量动态应变测量1. 动态应变及频谱动态应变及频谱动态应变产生的原因：动载荷或构件运动。动态应变产生的原因：动载荷或构件运动。动态应变可分为：确定性和非确定性两类。动态应变可分为：确定性和非确定性两类。1. 周期性动态应变周期性动态应变:静应变及频谱静应变及频谱周期性动应变及频谱周期性动应变及频谱t 0

7、 f 0t 1000 0t 1f1 (t) = 0 + n cos ( 2 nf1t + n ) n = 1,2,3 复杂周期性动应变可表示为复杂周期性动应变可表示为: f0 0 1 2 3 4 5 6f12f13f14f15f16f1复杂周期性应变的频谱复杂周期性应变的频谱随机动应变：随机动应变：0 t2. 应变计的动态响应应变计的动态响应测动态应变，要考虑应变计动态响应及误差。测动态应变，要考虑应变计动态响应及误差。许用极限工作频率：许用极限工作频率： f = v 6 e / ( l )式中式中: v 是应变波传播速度是应变波传播速度 , e 是许用相对误差是许用相对误差 , l 是应变计

8、栅丝长度。是应变计栅丝长度。例例: 应变波在钢材中的传播速度应变波在钢材中的传播速度 v = 5000 m/s , 应应 变计栅长变计栅长l = 5 mm ,许用相对误差许用相对误差e= 0.5%代入上式可求得代入上式可求得 : f 55 kHz3. 动态应变测量系统动态应变测量系统应变计应变计动态应变仪动态应变仪笔式记录仪笔式记录仪 0 80 Hz光线示波器光线示波器 0 5 kHz磁带记录仪磁带记录仪 0 10 kHz测点动态应变记录在纸或磁带上，其电压信号测点动态应变记录在纸或磁带上，其电压信号波形高度代表应变大小，须由标定来确定。波形高度代表应变大小，须由标定来确定。对低频：对低频：静标定静标定对高频：对高频：动标定动标定四四. 工程实例分析工程实例分析分析讨论布片和测试方案分析讨论布片和测试方案主壳主壳接管接管高压蒸汽过热器高压蒸汽过热器内压：内压：8 MPa温度：温度：350 C按美国按美国AS